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1、Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,*,刀具補償原理,一、為什么要進行刀具補償,如圖3-34所示，在銑床上用半徑為,r,的刀具加工外形輪廓為A的工件時，刀具中心沿著與輪廓A距離為,r,的軌跡B移動。我們要根據(jù)輪廓A的坐標參數(shù)和刀具半徑,r,值計算出刀具中心軌跡B的坐標參數(shù)，然后再編制程序

2、進行加工，因控制系統(tǒng)控制的是刀具中心的運動。在輪廓加工中，由于刀具總有一定的半徑，如銑刀半徑或線切割機的鉬絲半徑等。刀具中心（刀位點）的運動軌跡并不等于所加工零件的實際軌跡（直接按零件廓形編程所得軌跡），數(shù)控系統(tǒng)的刀具半徑補償就是把零件輪廓軌跡轉(zhuǎn)換成刀具中心軌跡。,r 刀具,A,r B,圖3-34 刀具半徑補償,當實際刀具長度與編程長度不一致時，利用刀具長度補償功能可以實現(xiàn)對刀具長度差額的補償。,加工中心：一個重要組成部分就是自動換刀裝置，在一次加工中使用多把長度不同的刀具，需要有刀具長度補償功能。,輪廓銑削加工：為刀具中心沿所需軌跡運動，需要有刀具半徑補償功能。,車削加工：可以使用多種刀具，

3、數(shù)控系統(tǒng)具備了刀具長度和刀具半徑補償功能，使數(shù)控程序與刀具形狀和刀具尺寸盡量無關，可大大簡化編程。,具有刀具補償功能，在編制加工程序時，可以按零件實際輪廓編程，加工前測量實際的刀具半徑、長度等，作為刀具補償參數(shù)輸入數(shù)控系統(tǒng)，可以加工出合乎尺寸要求的零件輪廓。,刀具補償功能還可以滿足加工工藝等其他一些要求，可以通過逐次改變刀具半徑補償值大小的辦法，調(diào)整每次進給量，以達到利用同一程序?qū)崿F(xiàn)粗、精加工循環(huán)。另外，因刀具磨損、重磨而使刀具尺寸變化時，若仍用原程序，勢必造成加工誤差，用刀具長度補償可以解決這個問題。,二、刀具補償原理,刀具補償一般分為刀具長度補償和刀具半徑補償。,銑刀主要是刀具半徑補償；,

4、鉆頭只需長度補償；,車刀需要兩坐標長度補償和刀具半徑補償。,1.刀具長度補償,以數(shù)控車床為例進行說明，數(shù)控裝置控制的是刀架參考點的位置，實際切削時是利用刀尖來完成，刀具長度補償是用來實現(xiàn)刀尖軌跡與刀架參考點之間的轉(zhuǎn)換。如圖3-35所示，,P,為刀尖，,Q,為刀架參考點，假設刀尖圓弧半徑為零。利用刀具長度測量裝置測出刀尖點相對于刀架參考點的坐標,x,pq,，z,pq,，存入刀補內(nèi)存表中。,零件輪廓軌跡是由刀尖切出的，編程時以刀尖點,P,來編程，設刀尖,P,點坐標為,x,p,，z,p,，刀架參考點坐標,Q,（,x,q,，,z,q,）可由下式求出：,(3-45),這樣，零件輪廓軌跡通過式(3-45)

5、補償后，就能通過控制刀架參考點,Q,來實現(xiàn)。,圖3-35 刀具長度補償,加工中心上常用刀具長度補償，首先將刀具裝入刀柄，再用對刀儀測出每個刀具前端到刀柄基準面的距離，然后將此值按刀具號碼輸入到控制裝置的刀補內(nèi)存表中，進行補償計算。刀具長度補償是用來實現(xiàn)刀尖軌跡與刀柄基準點之間的轉(zhuǎn)換。,在數(shù)控立式鏜銑床和數(shù)控鉆床上，因刀具磨損、重磨等而使長度發(fā)生改變時，不必修改程序中的坐標值，可通過刀具長度補償，伸長或縮短一個偏置量來補償其尺寸的變化，以保證加工精度。,刀具長度補償原理比較簡單，由G43、G44及H（D）代碼指定。,2.,刀具半徑補償,ISO標準規(guī)定，當?shù)毒咧行能壽E在編程軌跡（零件輪廓ABCD）

6、前進方向的左側(cè)時，稱為左刀補，用G41表示。反之，當?shù)毒咛幱谳喞斑M方向的右側(cè)時稱為右刀補，用G42表示，如圖3-36所示。G40為取消刀具補償指令。,y y,B C D C,刀補進行,A D A B 刀補,刀補建立 刀補撤銷 進行,刀補撤銷 刀補建立,O x O x,a)G41 左刀補 b)G42右刀補,圖3-36 刀具補償方向,在切削過程中，刀具半徑補償?shù)难a償過程分為三個步驟：,（1）,刀補建立,刀具從起刀點接近工件，在原來的程序軌跡基礎上伸長或縮短一個刀具半徑值，即刀具中心從與編程軌跡重合過渡到與編程軌跡距離一個刀具半徑值。在該段中，動作指令只能用G00或G01。,（2）,刀具補償進行,

7、刀具補償進行期間，刀具中心軌跡始終偏離編程軌跡一個刀具半徑的距離。在此狀態(tài)下，G00、G01、G02、G03都可使用。,（3）,刀補撤銷,刀具撤離工件，返回原點。即刀具中心軌跡從與編程軌跡相距一個刀具半徑值過渡到與編程軌跡重合。此時也只能用G00、G01。,三、刀具半徑補償算法,刀具半徑補償計算：根據(jù)零件尺寸和刀具半徑值計算出刀具中心軌跡。對于一般的CNC裝置，所能實現(xiàn)的輪廓僅限于直線和圓弧。刀具半徑補償分B功能刀補與C功能刀補，B功能刀補能根據(jù)本段程序的輪廓尺寸進行刀具半徑補償，不能解決程序段之間的過渡問題，編程人員必須先估計刀補后可能出現(xiàn)的間斷點和交叉點等情況，進行人為處理。B功能刀補計算

8、如下：,1.直線刀具補償計算,對直線而言，刀具補償后的軌跡是與原直線平行的直線，只需要計算出刀具中心軌跡的起點和終點坐標值。,如圖3-37所示，被加工直線段的起點在坐標原點，終點坐標為,A,。假定上一程序段加工完后，刀具中心在,O,點坐標已知。刀具半徑為，現(xiàn)要計算刀具右補償后直線段,O,A,的終點坐標,A,。設刀具補償矢量,AA,的投影坐標為,則,(3-46),(3-47),(3-48),(3-48)式為直線刀補計算公式，是在增量編程下推導出的。對于絕對值編程，仍可應用此公式計算，所不同的是應是絕對坐標。,圖3-37 直線刀具補償 圖3-38 圓弧刀具半徑補償,2.,圓弧刀具半徑補償計算,對于

9、圓弧而言，刀具補償后的刀具中心軌跡是一個與圓弧同心的一段圓弧。只需計算刀補后圓弧的起點坐標和終點坐標值。如圖3-38所示，被加工圓弧的圓心坐標在坐標原點,O,，圓弧半徑為,R,，圓弧起點,A,，終點,B,，刀具半徑為,r,。,假定上一個程序段加工結(jié)束后刀具中心為,A,，其坐標已知。那么圓弧刀具半徑補償計算的目的，就是計算出刀具中心軌跡的終點坐標,B,。設,BB,在兩個坐標上的投影 為則,(3-49),(3-50),(3-51),圖3-39 B刀補示例,加工如圖3-39外部輪廓零件,ABCD,時，由,AB,直線段開始，接著加工直線段,BC,，根據(jù)給出的兩個程序段，按B刀補處理后可求出相應的刀心軌

10、跡,A,1,B,1,和,B,2,C,1,。,事實上，加工完第一個程序段，刀具中心落在,B,1,點上，而第二個程序段的起點為,B,2,，兩個程序段之間出現(xiàn)了斷點，只有刀具中心走一個從,B,1,至,B,2,的附加程序，即在兩個間斷點之間增加一個半徑為刀具半徑的過渡圓弧,B,1,B,2,，才能正確加工出整個零件輪廓。,可見，B刀補采用了讀一段，算一段，再走一段的控制方法，這樣，無法預計到由于刀具半徑所造成的下一段加工軌跡對本程序段加工軌跡的影響。為解決下一段加工軌跡對本段加工軌跡的影響，在計算本程序段軌跡后，提前將下一段程序讀入，然后根據(jù)它們之間轉(zhuǎn)接的具體情況，再對本段的軌跡作適當修正，得到本段正確

11、加工軌跡，這就是C功能刀具補償。C功能刀補更為完善，這種方法能根據(jù)相鄰輪廓段的信息自動處理兩個程序段刀具中心軌跡的轉(zhuǎn)換，并自動在轉(zhuǎn)接點處插入過渡圓弧或直線從而避免刀具干涉和斷點情況。,圖3-40a給出了普通數(shù)控系統(tǒng)的工作方法，在系統(tǒng)內(nèi)，數(shù)據(jù)緩沖寄存區(qū)BS用以存放下一個加工程序段的信息，設置工作寄存區(qū)AS，存放正在加工的程序段的信息，其運算結(jié)果送到輸出寄存區(qū)OS，直接作為伺服系統(tǒng)的控制信號。,圖3-40b為CNC系統(tǒng)中采用C刀補方法的原理框圖，與3-40a不同的是，CNC裝置內(nèi)部又增設了一個刀補緩沖區(qū)CS。當系統(tǒng)啟動后，第一個程序段先被讀入BS，在BS中算得第一段刀具中心軌跡，被送到CS中暫存后

12、，又將第二個程序段讀入BS，算出第二個程序段的刀具中心軌跡。接著對第一、第二兩段刀具中心軌跡的連接方式進行判別，根據(jù)判別結(jié)果，再對第一段刀具中心軌跡進行修正。,修正結(jié)束后，順序地將修正后的第一段刀具中心軌跡由CS送入AS中，第二段刀具中心軌跡由BS送入CS中。,然后，由CPU將AS中的內(nèi)容送到OS中進行插補運算，運算結(jié)果送到伺服系統(tǒng)中予以執(zhí)行。當修正了的第一段刀具中心軌跡開始被執(zhí)行后，利用插補間隙，CPU又命令第三段程序讀入BS，隨后，又根據(jù)BS和CS中的第三、第二段軌跡的連接情況，對CS中的第二程序段的刀具中心軌跡進行修正。依此下去，可見在刀補工作狀態(tài)，CNC內(nèi)部總是同時存在三個程序段的信息

13、。,a),b),圖3-40 兩種數(shù)控系統(tǒng)的工作流程,緩沖寄存區(qū),BS,工作寄存區(qū),AS,輸出寄存區(qū),OS,輸出寄存區(qū),OS,工作寄存區(qū),AS,刀補緩沖區(qū) CS,緩沖寄存區(qū),BS,在CNC裝置中，處理的基本廓形是直線和圓弧，它們之間的相互連接方式有，直線與直線相接、直線與圓弧相接、圓弧與直線相接、圓弧與圓弧相接。在刀具補償執(zhí)行的三個步驟中，都會有轉(zhuǎn)接過渡，以直線與直線轉(zhuǎn)接為例來討論刀補建立、刀補進行過程中可能碰到的三種轉(zhuǎn)接形式。刀補撤銷是刀補建立的逆過程，可參照刀補建立。,圖3-41和3-42表示了兩個相鄰程序段為直線與直線，左刀補G41的情況下，刀具中心軌跡在連接處的過渡形式。圖中,為工件側(cè)轉(zhuǎn)

14、接處兩個運動方向的夾角，其變化范圍為0,0,360,0,，對于輪廓段為圓弧時，只要用其在交點處的切線作為角度定義的對應直線即可。,在圖3-42a中，編程軌跡為,FG,和,GH,，刀具中心軌跡為,AB,和,BC,相對于編程軌跡縮短一個,BD,與,BE,的長度，這種轉(zhuǎn)接為縮短型。,圖3-42b中，刀具中心軌跡,AB,和,BC,相對于編程軌跡,FG,和,GH,伸長一個,BD,與,BE,的長度，這種轉(zhuǎn)接為伸長型。圖3-42c中，若采用伸長型，刀心軌跡為,AM,和,MC,，相對于編程軌跡,FG,和,GH,來說，刀具空行程時間較長，為減少刀具非切削的空行程時間，可在中間插入過渡直線,BB,1,并令,BD,

15、等于,B,1,E,且等于刀具半徑,r,，這種轉(zhuǎn)接為插入型。根據(jù)轉(zhuǎn)接角,不同，可以將C刀補的各種轉(zhuǎn)接過渡形式分為三類：,（1）當180,0,360,0,時，屬縮短型，見圖3-41a和3-42a。,（2）當90,0,180,0,時，屬伸長型，見圖3-41b和3-42b。,（3）,當0,0,90,0,時，屬插入型，見圖3-41c和3-42c。,圖3-41 G41刀補建立示意圖,圖3-42 刀補進行直線與直線轉(zhuǎn)接情況,四、刀具補償?shù)膸追N特殊情況,1.在切削過程中改變刀補方向,如圖3-43所示，切削輪廓,MN,段采用G42刀補，而后加工,PQ,段，改變了刀補方向，應采用G41刀補，這時必須在,P,點產(chǎn)生

16、一個具有長度為刀具半徑的垂直矢量以獲得一段過渡圓弧,AB,。,A G42,B r,1,r,2,r,2,P G41 N M r,1,Q N11 N12,圖3-43 刀補方向改變的切削實例,圖3-44 刀補半徑改變的實例,2.改變刀具半徑值,在零件切削過程中刀具半徑值改變了，則新的補償值在下個程序段中產(chǎn)生影響。如圖3-44所示，N10段補償用刀具半徑,r,1,，N11段變?yōu)?r,2,后，則開始建立新的刀補，進入N12段后即按新刀補,r,2,進行補償。刀具半徑的改變可通過改變刀具號或通過操作面板等方法來實現(xiàn)。,3.過切問題,（1）刀具半徑補償可使刀具中心軌跡在走刀平面（如xy面）內(nèi)偏移零件輪廓一個刀具半徑值。在刀補建立后的刀補進行中，如果存在有二段以上沒有移動指令或存在非指定平面軸的移動指令段，則可能產(chǎn)生過切。如圖3-45所示，設刀具開始位置距工件表面上方50mm，切削深度為8mm。z軸垂直于走刀平面（xy面），則按下述方法編程，會產(chǎn)生過切。,N01 G91 G41 G00 X20.0 Y10.0 H01;,N02 Z-48.0;,N03 G01 Z-10.0 F200;,N04 Y30.0